RAID의 뜻
가격이 좀 더 싸고, 용량이 작은 디스크들을 묶어서 하나인 것처럼 사용할 수 있는 기억 장치입니다.
Redundant Array of Inexpensive Disks 라고 하네요.
말 그대로 싼 디스크들을 배열 구조로 연결했다고 생각하면 이해하기 편한 것 같습니다.
근데 요즘에는 디스크 가격이 싸져서 Inexpensive 대신에 Independent 도 많이 쓴다고 합니다.
RAID 는 왜 쓸까?
디스크 액세스 시간을 빠르게 하기 위해서 씁니다. 디스크를 배열 구조로 연결하면 용량은 늘리고, 액세스 속도를 크게 향상시킬 수 있기 때문입니다. 데이터의 안정성 때문에 쓰는건 아닙니다.
RAID 에서 쓰이는 3가지 기술
1. 스트라이핑
데이터를 여러 조각으로 분할해서, 여러 디스크들에 분산해서 저장하는 기술입니다.
2. 미러링
하나의 데이터를 디스크 2개에 중복 저장하는 방식입니다.
왜 중복 저장을 할까요 ?
동일한 데이터를 2개에 저장함으로써 데이터의 안정성을 좀 더 강화시키기 위해서 입니다.
단점은 없을까요 ?
네, 단점은 데이터의 중복 저장으로 용량 낭비가 심하다는 단점이 있습니다.
RAID 1을 단순한 예시로 들자면, 하나의 디스크가 갑자기 고장나도 정상 동작하는 디스크가 남아있으므로 고장난 디스크만 교체해 주면 서버 정지 없이도 원상 복구가 가능합니다. 한편, 하나의 디스크가 바이러스나 랜섬웨어에 감염이 되는 경우에는 나머지 디스크에도 모조리 그 감염된 데이터가 기록되게 됩니다. RAID는 이렇듯이 데이터의 무결성/안전을 보장해주는 기술이 아니기 때문에 초대형 서버의 경우에도 RAID 외에 별도로 미러링 서버나 자기 테이프 등 별도의 데이터 백업 솔루션을 마련해 둔다고 합니다.
3. 패리티
데이터의 무결성을 확인하는 기술입니다. 패리티 비트 생각해보시면 됩니다.
데이터의 장애가 생기면, 저장된 패리티를 이용해서 데이터를 복구할 수 있습니다.
복구 방법은 아래 링크를 참고해서 읽어보시면 됩니다.
이제부터 RAID 종류와 각 특징을 알아보겠습니다.
1. RAID - 0
배열 내 모든 물리 디스크에 데이터를 나누어 저장하는 방식이라서 스트라이핑을 사용한 방식입니다.
모든 데이터는 한 개의 논리 디스크에 저장된 것처럼 보이지만, 물리 디스크의 블록(섹터나 페이지) 으로 나뉘게 됩니다.
그리고 블록은 각 디스크에 라운드-로빈 방식으로 저장됩니다. (운영체제에서 배운 라운드-로빈 맞습니다.)
장점
액세스 속도와 데이터 전송 속도를 높일 수 있습니다.
파일 하나를 여러 개의 디스크에 분산하여 저장하면, 각 블록을 동시에 읽거나, 동시에 쓸 수 있어서 속도가 빨라지겠죠?
또 하나의 장점은
디스크 하나에 데이터 액세스가 집중되지 않아서 병목 현상도 줄일 수 있습니다.
단점
디스크 하나라도 결함이 발생했다고 가정하겠습니다.
위의 그림에서 A3 하나라도 없어지면, A1 A2 를 읽고나서, 다음에 읽으려는 A3 데이터가 없어지니까 해당 데이터의 신뢰가 낮아지게 됩니다.
그래서, 고장이 나더라도 신뢰성 있는 데이터를 보장하기 위해서 RAID - 1 은 미러링 기술을 사용했고 , RAID - 2에서 RAID - 6 은 패리티를 사용하게 되었습니다.
2. RAID - 1
미러링을 사용하는 방식입니다.
디스크가 8개 있다고 하면, 그 중 4개를 데이터 디스크(Disk1) 로 사용하고, 나머지 4개를 미러 디스크(Disk2) 로 사용합니다.
미러 디스크에도 저장이 되니까, 데이터에 대한 신뢰성이 높아지게 될 것입니다.
예를 들어, 데이터 디스크에 저장된 A1 에 오류가 발생해도, 디스크2에서 A1 이 있기 때문에 복구가 가능합니다.
장점
당연히 장점은 신뢰성이 높다는 것입니다.
단점
당연히 단점은 가격이 비싸다는 것입니다. 사용 가능한 용량이 전체 디스크의 반으로 줄기 때문이라고 생각하시면 됩니다.
또한, 쓰기 동작을 항상 디스크 2개에 동시에 수행해야 하기 때문에, 두 디스크 중에서 쓰기 시간이 다른 느린 디스크에서 쓰기가 완료될 때까지 쓰기 작업이 완료되진 않습니다. (쓰기 동작이 느려질 수도 있다는 뜻입니다.)
그래서, RAID-1 은 시스템 소프트웨어나 중요한 파일을 저장하는 용도로만 사용됩니다.
3. RAID - 2
스트라이핑 기술을 사용하는 방식입니다.
각 디스크에는 바이트 단위 또는 워드 단위로 저장이 됩니다. ( 매우 작다는 뜻입니다. )
또한, 데이터 디스크와 검사 디스크로 구성이 되어있습니다.
만약, 디스크 수를 G 라고 하면, 필요한 검사 디스크 수 C 는 다음 식에 의해 결정된다고 합니다.
G 가 8 이라면, C는 몇 개가 필요할 까요?
C가 3이라면, 8 >= 8 + 3 + 1 을 만족하지 않고,
C가 4이라면, 16 >= 8 + 4 + 1 을 만족하니까, 4개는 필요하겠네요!
장점
RAID - 2는 1비트 오류가 발생하면 검출도 하고, 수정도 가능합니다.
하지만, 2비트 오류는 검출만 가능하다는 것 참고하시면 될 것 같습니다.
그리고, 검사 디스크는 오류 검출 방식으로 해밍 코드 방식을 사용합니다. 해밍 코드 방식에도 패리티가 들어갑니다.
자세한 내용은 더 공부하시거나 링크를 참고하시면 됩니다.
단점
RAID-2 는 RAID-1 ( 미러링 디스크 사용) 보다는 디스크가 적게 필요하지만, 비싸다고 합니다. 복잡하고 비용이 높아서 잘 사용안한다고 합니다.
또한, 검사 디스크가 손상이 된다고 하면, 문제가 발생할 것입니다.
4. RAID - 3
데이터는 스트라이핑 되어 모든 데이터 디스크에 분산처리 되는 방식입니다.
데이터는 바이트 단위로 나눈다고 합니다.
RAID - 2 처럼 검사디스크의 개수가 여러개가 아니라 패리티 디스크 하나만 있으면 됩니다.
그리고, 오류 검출 및 수정 방식은 해밍 코드 방식 대신에 패리티 방식을 이용합니다.
장점
디스크에서 병렬로 데이터를 처리가능 하여, 액세스 속도가 높습니다. (RAID - 0 과 동일한 장점)
오류 검출 및 수정이 가능하다는 점도 장점이 되네요.
단점
쓰기 동작 때마다 패리티 비트를 갱신해야 해서, 쓰기 시간이 길어질 수 있습니다.
5. RAID - 4
스트라이핑을 이용한 방식입니다.
데이터는 각 디스크에 블록 단위로 나누어져 있고, 상대적으로 단위가 크기 때문에 데이터가 디스크 하나에만 저장되므로 여러 개의 액세스 요구를 동시 처리가 가능합니다.
(디스크에 저장하는 저장 단위가 너무 작게 되면 각 디스크들을 다 읽어야 원하는 데이터 블록을 읽을 수 있으니까, 액세스 요구를 동시에 처리하기에는 힘들 것입니다.)
장점
다양한 액세스 요구에 대한 동시 처리가 가능하다. (빠르다는 겁니다.)
단점 (RAID-3 의 단점과 동일합니다.)
쓰기 작업때 마다, 패리티 디스크에 두 번씩 액세스(원래 패리티 읽기, 갱신한 패리티 쓰기) 되어 패리티 디스크에 병목 현상이 발생하는 문제가 있습니다.
6. RAID - 5
RAID- 4 의 단점을 보완하기 위해 나온 방식입니다.
모든 디스크는 블록 단위로 스트라이핑 되어 저장이 됩니다.
RAID-4 와의 차이점은 패리티 블록도 모두 데이터 디스크에 분산하여 저장하는 것입니다. 분산할 때는 라운드-로빈 방식을 이용한다고 하네요.
장점
그래서 , 가장 중요한 장점은 다양한 액세스 요구에 대한 동시 처리(스트라이핑) 도 되면서, 패리티 디스크에 대한 병목 현상이 완화(패리티 블록을 분산 저장해서) 된다는 뜻입니다.
왜 완화가 되나요?
원래 RAID-4 에서는 매번 패리티 디스크에 두 번씩 액세스를 해야했는데,
RAID-5 에서는 각 디스크에 패리티 블록이 있으니까 각 디스크에만 액세스하면 되니까요.
그래서, 성능이 좋아 현재 널리 사용되는 방식이라고 합니다.
단점
디스크 2개에서 오류가 발생할 경우에는 복구가 안된다고 합니다.
7. RAID - 6
RAID - 5와 마찬가지 방식이라서 스트라이핑 방식이고, 다른건 딱 하나입니다.
바로, 패리티 블록을 2개 사용한다는 점입니다. (P, Q 패리티 블록을 사용한다면, P는 홀수패리티, Q는 짝수패리티 이런식으로요.)
장점
RAID-6 은 디스크 2개에서 오류가 발생하더라도 복구가 가능합니다.
단점
RAID-6 은 쓰기 동작을 수행할 때마다 패리티 블록 2개를 갱신하니까 쓰기는 RAID - 5 보다는 느립니다.
정리
RAID - 0 은 성능을 추구
RAID - 1 은 안정성을 극단적으로 추구
RAID - 2, 3, 4 는 성능 향상을 위해 실제 데이터 저장은 RAID - 0 방식을 쓰고, 여기에 데이터 복구를 위한 데이터가 추가된 형태
RAID - 2는 데이터 복구를 위해 해밍 코드 방식
RAID -3, RAID - 4는 패리티 코드를 이용
RAID-5, RAID -6 은 각 디스크에 데이터를 분산 저장해서 성능도 빠르고, 데이터 복구를 위한 패리티 블록을 분산 저장해서 안정성을 높인 방식
RAID - 5는 디스크 1개 문제 생길 경우 복구 가능 , 2개는 안됨
RAID - 6은 디스크 2개 문제 생겨도 복구 가능하지만, 복잡한 연산이 필요해서 일반적으로 사용하지 않음
결론
요즘에는 안정성을 추구하는 RAID-1 과 비용과 안정성이 조화로운 RAID-5가 서버데이터 저장 방식으로 많이 사용된다고 합니다.